CN104521416B - 花生收获机工况检测与控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种应用于花生收获机的工况检测与控制系统，对花生收获机各个工作部件工作状态进行实时监测。本发明采用车载专用控制器作为控制核心，通过CAN总线采集各个液压马达的运转速度，配合不同工位上的检测传感器，获取当前工作状况信息，从而对液压马达的转速进行调节，达到花生收获机智能控制的目的；所用传感器还包括：获取挖掘深度的角度传感器、获取花生秧蔓夹持量的位置传感器、获取秧蔓输出口风力变化的风压传感器、获取振动筛震动强度的加速度传感器、查看秧蔓堵塞情况的摄像头等。本发明设计方案合理，系统稳定、符合花生收获环境要求，能够提高花生收获机工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及农用机械领域，特别涉及一种花生收获机工况检测与控制系统。
背景技术
目前，花生收获机应用普及率较低，其主要原因在于收获机收获率低、破损率高、牵引动力要求高、不适应小型地块作业等。现有的花生收获机的智能化程度较低，主要靠手动操作机械装置完成收割任务，秧蔓量过大会造成出口堵塞，目前的做法是通过经验或者在驱动马达最大功率输出也无法正常工作的情况下，停机进行清理，收割效率低下。
因此，提高花生收获机的智能化水平，是解决这些问题的关键。
发明内容
本发明提供了一种花生收获机工况检测与控制系统，结合花生收获机的不同工作模式，对工作状况进行检测与信息反馈；主控制器采集各个工况信息，根据当前的运行模式和运行状况做出控制决策，控制执行机构产生相应动作。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种花生收获机工况检测与控制系统，包括：多个驱动液压马达及其转速传感器，还包括夹持量检测装置、出秧通道内的风压传感器、振动筛震动传感器、摘果辊负荷传感器和挖掘铲角度传感器，所述各个传感器将检测工况以电信号形式传送到控制器进行判断处理；
所述夹持量检测装置采用多级限位开关构成位置检测单元，根据夹持链向外侧移动的距离对夹持量进行等级划分；
所述风压传感器包括两个输风管，对出秧通道的前端和末端进行风压检测，将两个位置的风压差转换成电压信号，送到控制器的电压采集端；
所述挖掘铲角度传感器产生挖掘铲深度检测信号，所述角度传感器安装在挖掘铲链带带动的转角机构上；
所述振动筛震动传感器采用加速度传感器对震动强度进行测量。
可选地，所述位置检测单元包括：在夹持链支撑杆的端头部位安装碰触撞块，碰触撞块触发限位开关动作，产生开关量传送到控制器。
可选地，所述限位开关为接近开关。
可选地，所述限位开关的数量为3个，对夹持量等级划分为4级。
可选地，所述风压传感器的两个输风管分别安装在出秧通道前端靠近风机出风口处和秧蔓输出口处，其中，高压侧安装在风机出风口，低压侧安装在秧蔓输出口，检测秧蔓输出口前后的风压变化，根据两端形成的压差对秧蔓的堵塞情况进行检测。
可选地，所述秧蔓输出口还设置监控摄像头，通过显示屏视频监控秧蔓输出口的堵塞情况。
可选地，所述挖掘铲角度传感器检测挖掘深度的测量采用光电编码器进行角度测量，将光电编码器的两条脉冲输出线分别接入到控制器的脉冲信号输入端口，计数脉冲个数对应挖掘铲的位置，根据转角产生的脉冲个数确定当前的挖掘深度。
可选地，所述驱动液压马达包括：夹持链驱动马达、摘果辊驱动马达、风机驱动马达、振动筛驱动马达、挖掘铲马达。
可选地，所述驱动液压马达的驱动控制采用比例电磁阀，控制器通过PWM输出端口发送比例电磁阀控制信号，对比例电磁阀进行调节，控制液压马达的转速。
本发明的有益效果是：
(1)通过CAN总线采集各个液压马达的运转速度，配合不同工位上的检测传感器，获取当前工作状况信息，从而对液压马达的转速进行调节，达到花生收获机智能控制的目的；
(2)能够对夹持量做出准确的判断，根据夹持量智能驱动夹持链马达，防止阻塞；
(3)根据风压差判定秧蔓堵塞状况，控制器进行控制调整，提升风力并加强振动筛震动，以提高秧蔓输出速度，当秧蔓持续堵塞时，降低夹持链输运速度和收获机挖掘速度，有效避免阻塞状况的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明各个驱动液压马达的转速传感器CAN总线连接示意图
图2是本发明的夹持量检测装置实施例一的结构示意图；
图3是本发明的夹持量检测装置实施例二的结构示意图；
图4是本发明的花生收获机工作模式划分示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种应用于花生收获机的工况检测与控制系统，对花生收获机械各个工作部件工作状态进行实时监测。本发明采用车载专用控制器作为控制核心，通过CAN总线采集各个液压马达的运转速度，配合不同工位上的检测传感器，获取当前工作状况信息，从而对液压马达的转速进行调节，达到花生收获机智能控制的目的。
花生收获机的工作驱动液压马达包括：夹持链驱动马达、摘果辊驱动马达、风机驱动马达、振动筛驱动马达、挖掘铲马达等，本发明的工况检测与控制系统对液压马达的驱动控制采用比例电磁阀，其结构形式为紧凑型直动式压力补偿电磁阀，控制器通过PWM输出端口发送比例阀控制信号，对比例电磁阀进行调节，从而控制液压马达的转速。优选地，控制器采用波什力士乐RC30系列控制器。
本发明的智能工况检测系统通过传感器对各部件的工况进行检测，如图1所示，各部件检测传感器包括：针对各个驱动液压马达的转速传感器、夹持链位置检测单元、出秧通道内的风压传感器、振动筛震动传感器、摘果辊负荷传感器和挖掘铲角度传感器，上述各部件检测传感器将检测工况以电信号传送到控制器进行判断处理，优选地，上述各个转速传感器输出的转速信号为CAN总线接口形式，CAN总线数据传输遵循SAEJ1939CAN2.0B通讯协议。
本发明的夹持量检测装置采用多级限位开关构成位置检测单元，根据夹持链向外侧移动的距离对夹持量进行等级划分。图2示出了夹持量检测装置实施例一的结构，在夹持链支撑杆6的端头部位安装碰触撞块4，随着夹持量增加，支撑杆外移，碰触撞块撞击限位开关1的触点，使其内部开关闭合，产生开关量传送到控制器。例如，本实施例中采用三级限位开关，将夹持量的等级划分为四个级别：少量，无开关点闭合；中量，1个开关点闭合；大量，2个开关点闭合；超限，3个开关点闭合，三个开关的中心间距为12mm。开关点闭合的数量代表夹持量的等级，因此，本发明的控制系统可以自动测量夹持量，实现智能控制。
图3示出夹持量检测装置实施例二的结构，该实施例中，夹持量检测采用无接触检测方案：即采用多个接近开关并行构成位置检测单元，实现无接触检测。例如，本实施例中，接近开关的数量为3个，三个开关中心间距12mm，传感器与检测目标间距4mm，其对夹持量等级划分方式同上述实施例一。
上述两个实施例中用于夹持链位置检测单元的多级开关接入到控制器的开关量输入接口，由控制器提供供电电源，例如供电电压为10V。夹持链工作时，位置检测单元检测夹持链在夹持花生秧蔓时向外推动扩展的距离；当无开关触碰时，说明花生秧蔓量少，可继续正常工作，按照设定第一标准值驱动夹持链马达；一级开关因触碰检测到信号时，说明当前花生秧蔓处于正常量值，保持当前工作状态，按照第二标准值驱动夹持链马达；当二级开关触动时，说明秧慢夹持量较大，则提高夹持链运转速度至高速值；当三级开关触发时，说明当前秧蔓量过大已造成堵塞，发出超限报警，停止夹持链输运并进行处理。优选地，马达驱动时的速度调整采用PID算法进行控制。
为检测秧蔓堵塞情况，本发明对出秧通道的前端和末端进行风压检测。所用风压传感器为压差压力传感器，该风压传感器有两个输风管，用以检测两个不同位置的风压差，风压传感器将风压差变送产生4～20mA仪表电流信号，经过电阻转换成电压信号，送到控制器的电压采集端，进行判断处理。风压传感器的两个送风管分别安装在出秧通道前端靠近风机出风口处和秧蔓输出口处，其中，高压侧安装在风机出口，低压侧安装在秧蔓输出口，检测出风在秧蔓输出口前后的风压变化，根据两端形成的压差对秧蔓的堵塞情况进行检测，从而判断秧蔓堵塞情况。根据实验测定阈值，当风压差高出阈值时，则判定秧蔓有堵塞，导致出秧口处风压下降，控制器进行控制调整，提升风力并加强振动筛震动，以提高秧蔓输出速度。当秧蔓持续堵塞时，需要降低夹持链输运速度和收获机挖掘速度。
优选地，为保障秧蔓堵塞状况的可靠检测，本发明在出秧口设置监控摄像头，操作手可通过显示屏视频监控到秧蔓输出口的堵塞情况，配合手动方式控制风机，当堵塞难以通过机械运转解决时，需要操作手人工干预。
本发明中，挖掘铲深度检测信号由角度传感器产生，该角度传感器安装在挖掘铲链带带动的转角机构上。检测挖掘深度的测量采用光电编码器进行角度测量，例如2000P/R的光电编码器，将光电编码器的两条脉冲输出线分别接入到控制器的脉冲信号输入端口，根据转角产生的脉冲个数确定当前的挖掘深度。
当挖掘铲上下运动时，在光电编码器上产生正转或反转的脉冲，计数脉冲个数对应挖掘铲的位置。例如，根据机械设计，挖掘铲最大行程时在其支撑的转角机构上产生的转角是15°，光电编码器可对应产生83个脉冲信号，据此得出挖掘铲的挖掘深度。再结合夹持链上的夹持链、秧蔓输送和堵塞情况，通过调节液压油缸调整挖掘深度。
优选地，上述振动筛的震动强度采用加速度传感器进行测量。
本发明的花生收获机根据工作状态进行模式划分，在不同工作模式下，工况检测装置执行不同的检测任务，如图4所示，具体实施如下：收获机有两大模式——行走模式和作业模式。行走模式应用于转场前进，不执行收获作业，各工作部件处于停止状态，因此不需要进行工况检测；作业模式为收获机进行全部或部分作业的模式。
在作业模式下，分为手动模式和自动模式。手动模式中，所有工作马达由操作手手动调节，各个传感器工作，并根据设置值给出报警信号，在驾驶室信息显示屏上给出报警提示，供操作手参考。
在自动模式下，又划分为挖掘模式、清选模式和田间模式3种工作方式。挖掘模式下，拍土器、扶秧器和夹持链工作，只进行花生挖掘，不进行联合收获；清选模式下，仅振动筛马达、升运马达和风机马达工作，其余马达不工作，该模式下，仅进行当前花生秧果的处理，不进行新的花生秧果的挖掘和传输；田间模式下，所有马达处于工作状态，配合行进驱动马达完成常规花生收获处理，其中夹持链、摘果辊、振动筛三个驱动马达采用自动控制，其余马达采用手动控制。
本发明的工况检测与控制系统的电源采用车载24V蓄电池供电，并经过控制器包含的稳压模块，向各个传感器提供稳定的直流10V和5V电源。
本发明的花生收获机工况检测与控制系统通过CAN总线采集各个液压马达的运转速度，配合不同工位上的检测传感器，获取当前工作状况信息，从而对液压马达的转速进行调节，达到花生收获机智能控制的目的；通过夹持量检测装置能够对夹持量做出准确的判断，根据夹持量智能驱动夹持链马达，防止阻塞；根据风压差判定秧蔓堵塞状况，控制器进行控制调整，提升风力并加强振动筛震动，以提高秧蔓输出速度，当秧蔓持续堵塞时，降低夹持链输运速度和收获机挖掘速度，有效避免阻塞状况的发生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，包括：多个驱动液压马达及其转速传感器，还包括夹持量检测装置、出秧通道内的风压传感器、振动筛震动传感器、摘果辊负荷传感器和挖掘铲角度传感器，各个所述传感器将检测工况以电信号形式传送到控制器进行判断处理；
所述夹持量检测装置采用多级限位开关构成位置检测单元，根据夹持链向外侧移动的距离对夹持量进行等级划分；
所述风压传感器包括两个输风管，对出秧通道的前端和末端进行风压检测，将两个位置的风压差转换成电压信号，送到控制器的电压采集端；
所述挖掘铲角度传感器产生挖掘铲深度检测信号，所述角度传感器安装在挖掘铲链带带动的转角机构上；
所述振动筛震动传感器采用加速度传感器对震动强度进行测量。
2.如权利要求1所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述位置检测单元包括：在夹持链支撑杆的端头部位安装碰触撞块，碰触撞块触发限位开关动作，产生开关量传送到控制器。
3.如权利要求2所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述限位开关为接近开关。
4.如权利要求2或3所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述限位开关的数量为3个，对夹持量等级划分为4级。
5.如权利要求1所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述风压传感器的两个输风管分别安装在出秧通道前端靠近风机出风口处和秧蔓输出口处，其中，高压侧安装在风机出风口，低压侧安装在秧蔓输出口，检测秧蔓输出口前后的风压变化，根据两端形成的压差对秧蔓的堵塞情况进行检测。
6.如权利要求5所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述秧蔓输出口还设置监控摄像头，通过显示屏视频监控秧蔓输出口的堵塞情况。
7.如权利要求1所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述挖掘铲角度传感器检测挖掘深度的测量采用光电编码器进行角度测量，将光电编码器的两条脉冲输出线分别接入到控制器的脉冲信号输入端口，计数脉冲个数对应挖掘铲的位置，根据转角产生的脉冲个数确定当前的挖掘深度。
8.如权利要求1所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述驱动液压马达包括：夹持链驱动马达、摘果辊驱动马达、风机驱动马达、振动筛驱动马达、挖掘铲马达。
9.如权利要求8所述的花生收获机工况检测与控制系统，其特征在于，所述驱动液压马达的驱动控制采用比例电磁阀，控制器通过PWM输出端口发送比例电磁阀控制信号，对比例电磁阀进行调节，控制液压马达的转速。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANDONG WUZHENG GROUP CO., LTD. Effective date: 20150617 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Yanhua Inventor after: Yu Yan Inventor after: Shang Shuqi Inventor after: Gong Linong Inventor after: Zhang Peng Inventor after: Li Ruichuan Inventor before: Zhao Yanhua Inventor before: Yu Yan Inventor before: Shang Shuqi Inventor before: Gong Linong Inventor before: Zhang Peng |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHAO YANHUA YU YAN SHANG SHUQI GONG LINONG ZHANG PENG TO: ZHAO YANHUA YU YAN SHANG SHUQI GONG LINONG ZHANG PENG LI RUICHUAN |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150617 Address after: 266000 Qingdao Road, Chengyang District, Shandong, No. 700 the Great Wall Applicant after: Qingdao Agricultural University Applicant after: Shandong Wuzheng Group Co., Ltd. Address before: 266000 Qingdao Road, Chengyang District, Shandong, No. 700 the Great Wall Applicant before: Qingdao Agricultural University |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160622 Termination date: 20201222 |